«Etude des équilibres de lixiviation des éléments traces métalliques dans les sédiments de dragage pollués» par Madame Louise CHENOY

Quand ?
Le 27 août 2019 De 10:00 à 14:00
Où ?
Campus Polytech - Bâtiment Dolez - Salle Académique

Organisé par

Prof. Anne-Lise HANTSON, promoteur
065/37.44.19

Résumé :

Le dragage des voies navigables est une opération indispensable afin de favoriser le transport fluvial, ce dernier étant sensiblement moins polluant que le transport routier (par la réduction des émissions de CO2 et NOx). En Région Wallonne, le passé industriel et la forte urbanisation ont causé la pollution des sédiments par des métaux lourds et divers types de composés organiques. La législation en vigueur considère les sédiments dragués comme des déchets, ces derniers pouvant être valorisés (comme remblais, incorporés dans des matériaux de construction, …) si les concentrations en polluants ne dépassent pas les valeurs seuils. Dans le cas contraire, les boues de dragage doivent être éliminées en centre d’enfouissement technique, ce qui entraine des couts importants, à moins qu’un traitement puisse diminuer suffisamment les teneurs en polluants. A cette fin, différents types de traitements existent, dont un basé sur la séparation granulométrique des différentes fractions des sédiments, mais aucun ne s’est montré efficace pour tous les types de matières et pollutions rencontrées.
Dans ce contexte, ce travail de thèse s’est focalisé sur la mise au point et l’étude d’un modèle permettant de simuler les équilibres relatifs à sept éléments traces métalliques (le zinc, le cadmium, le plomb, le cobalt, le cuivre, le chrome et le nickel) dans des échantillons de sédiments. La modélisation a pour but d’améliorer la compréhension des phénomènes responsables du relargage des métaux. De plus, un modèle le plus prédictif possible permettrait d’étudier le relargage/ la rétention des éléments traces dans des scénarios de traitement ou de valorisation des sédiments.
Tout d’abord, trois échantillons correspondant à la fraction limoneuse de trois sédiments prélevés dans les régions de Mons et Charleroi ont été caractérisés du point de vue chimique et minéralogique. Ces échantillons sont issus d’une plateforme de séparation physique des boues de dragage. La lixiviation des éléments traces métalliques a été étudiée lors de tests à l’équilibre en batch, soit à l’eau déminéralisée soit en fonction du pH. L’ensemble des informations récoltées a servi à alimenter un modèle « multisurface » simulant les équilibres au sein de la matrice des sédiments. Ce modèle, construit à l’aide du logiciel PHREEQC, prend en compte les phénomènes de dissolution/précipitation et de sorption sur les oxydes de fer et d’aluminium, sur la matière organique et sur les argiles, qui sont les phases considérées comme les plus importantes dans la rétention des éléments traces dans les environnements naturels. La simulation des concentrations relarguées en fonction du pH dans les trois sédiments étudiés a fourni des résultats proches des valeurs expérimentales pour le zinc, le cadmium, le plomb et le cuivre. Le relargage en fonction du pH est moins bien représenté pour le nickel, le cobalt et le chrome.
Afin d’améliorer le caractère prédictif du modèle, un plan d’expériences numérique a été réalisé afin de déterminer, parmi un ensemble de données d’entrées, lesquelles étaient les plus influentes sur les concentrations relarguées simulées. Des essais de sorption en milieu « artificiel », mesurant la sorption du plomb et du zinc sur des phases pures constituant les sédiments ont également été menés et ont permis de compléter ou modifier le modèle pour ces deux éléments.
Enfin, le modèle a été utilisé pour simuler l’effet de différents types de traitement sur les sédiments étudiés. Les résultats montrent que les effets des différents traitements sont variables d’un sédiment à l’autre et d’un métal à l’autre, et que le pH est un facteur déterminant dans l’immobilisation ou non d’un élément. Le modèle mis au point, s’il ne peut prédire de manière absolue les concentrations relarguées, peut donner des tendances utilisables dans la mise au point des traitements et dans les études de risques des scénarios de valorisation.

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